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SKIF加速器综合体:推动多学科科研的尖端装置

2025-03-07 09:59

近日,SKIF加速器综合体(AC)的建设与调试工作取得了重要进展。该加速器综合体位于新西伯利亚地区,是“科学与大学”国家项目的一部分,旨在为用户提供高质量的同步辐射(SR),以支持化学、物理学、材料科学、生物学、地质学、考古学和人文学科等领域的先进科学技术研究。

SKIF加速器综合体的主要任务是通过一系列精密装置,将电子束加速到接近光速,然后将其注入储存环中。电子束在储存环的圆形轨道上高速运行,产生同步辐射。这一过程中,磁性元件的电源系统起着至关重要的作用,它确保了UC加速器和传输通道中粒子的稳定运动。

据俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克核物理研究所(INP SB RAS)的专家介绍,SKIF加速器综合体拥有超过2,500个磁性元件电源,这些电源将由列别捷夫核物理研究所开发的硬件和软件综合体(HSC)进行统一控制。这一控制系统被称为PAC,是加速器综合体的“大脑和神经系统”,它负责根据给定的场景设置和控制每个电源的电流输出。

PAC的主要元素是控制器,这是一种带有自己软件的特殊电子设备。控制器不仅生成电流设定点,即分配电源的输出电流值,还监控任务的执行以及电流值改变过程的正确性。此外,控制器还确保对受控设备的状态进行连续同步监控,并集成到加速器综合体的通用分布式控制系统中。

SKIF加速器综合体包括电子源、直线加速器、增强同步加速器、电子束传输通道和主环——电子储存环等多个部分。这些装置和设备以协调的方式运行,共同生成同步辐射,然后发送到用户站。

为了实现对如此庞大而复杂的系统的精确控制,INP SB RAS的专家开发了16种类型的电源,共计2,550台,以及至少8种类型的控制器。这些控制器采用模块化设计,使用嵌入式Linux操作系统,可以自由地编程和适应现有及未来的电源控制需求。

SKIF CCU 加速器综合体磁性元件电源控制器模型之一,建立在开发的软件和硬件综合体基础上。由 P. Cheblakov 提供

据俄罗斯科学院西伯利亚原子能研究所研究员帕维尔·切布拉科夫介绍,控制器的开发涉及电子设备开发专家和软件编写专家的紧密合作。他们采用封装原则,在电子工程师和程序员之间划定了一定的责任界限,以确保产品的质量和性能。

目前,INP SB RAS的专家已经与合作伙伴一起开发并发布了多种不同类型的控制器,并在测试台架和直线加速器上进行了测试。直线加速器是SKIF加速器综合体的一部分,用于形成电子束。

切布拉科夫表示,尽管控制器的电气特性如准确性和速度已经得到了验证,但其软件特性的测试和调试仍然是一项更为复杂和劳动密集型的工作。他强调,加速器综合控制系统的许多元件必须在同一时间尺度上以高精度运行,以确保两千五百个电源的所有任务能够同步、快速且协调地完成。

SKIF共享使用中心是4+代同步辐射源,其建设和实施由俄罗斯联邦总统驻西伯利亚联邦区全权代表负责监督。该设施的客户和开发者是联邦研究中心“G. K. Boreskov催化研究所”俄罗斯科学院西伯利亚分院。该设施由中央设计和技术研究所(JSC CPTI,Rosatom燃料公司TVEL的一部分)设计,总承包商是俄罗斯原子能公司(Rosatom)旗下的Concern Titan-2。而SKIF集体使用中心技术复杂设备的生产和发射的唯一承包商则是N.N.列别捷夫核物理研究所。G.I.Budker核物理研究所SB RAS也参与了该项目。

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